CN106120662A - 一种局部高模量堆石面板坝 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水电水利工程水工建筑物技术领域,具体涉及一种局部高模量堆石面板坝，包括由均为斜面形式的上游侧坝和下游侧坝所构成的坝体，上游侧坝的斜面上铺设有钢筋混凝土面板，钢筋混凝土面板的下游侧设置有垫层区和过渡区，垫层区和过渡区的下游侧设置有上游堆石料区和高模量堆石区，高模量堆石区位于上游侧坝的中间偏下部位置，上游堆石料区的下游侧设置有下游堆石料区；坝顶部设置有防浪墙；上游侧坝的斜面上的钢筋混凝土面板与坝体下部的趾板、基础固结灌浆和帷幕灌浆构成封闭的防渗结构；本发明解决超高混凝土面板堆石坝的可行性问题，而且能明显增强坝体防渗结构的可靠性、耐久性、抗震性和安全性。

Description

一种局部高模量堆石面板坝
技术领域
本发明属于水电水利工程水工建筑物技术领域,具体涉及一种局部高模量堆石面板坝。
背景技术
随着水电战略的实施，在水能资源丰富的西南、西北地区，一大批高坝已建、在建或待建。土石坝是当今坝工建设中最常见的一种坝型，也是发展最快的一种坝型，约占已建大坝总数的95%以上。全世界坝高超过15m的土石坝有29000多座，其中我国拥有15000余座，主要包括均质土坝、心墙坝和混凝土面板堆石坝等。
钢筋混凝土面板堆石坝是上世纪70年代后期开始发展起来的一种新坝型，其在实践中体现出安全性、经济性、施工方便和适应性良好的特点，虽然起步较晚但发展很快，深受坝工界的青睐。截至2011年9月，国际上已建、在建和拟建的面板堆石坝，从工程数量、坝高到工程规模都居前列。我国至今已建和在建面板堆石坝有270多座，总数占全世界的50%。随着大坝建设经验的积累以及设计水平的提高，面板堆石坝的高度还在不断的增大，水布垭大坝高达233m，为世界上已建最高面板堆石坝，也成为250m级高面板堆石坝的成功案例。大石峡、茨哈峡等拟建的250—300m级超高面板堆石坝目前也在规划研究当中。
坝工界对超高面板堆石坝的安全性问题，主要存在以下担心：（1）不能正确预测超高面板坝大坝沉降以及沉降导致的面板变形、应力和对止水材料的要求。（2）现有的实验手段采用缩尺模型材料，是否能正确预测超高面板坝大坝渗透稳定性问题以及筑坝材料的物理力学性质。（3）由于上述不确定因素的存在，是否能提出高耐挤压、高抗裂的混凝土面板材料和结构形式；是否能提出满足超高面板坝大变形的接缝止水结构形式和材料。
如果拟建的300m级超高面板堆石坝的变形、面板挠度和应力、接缝止水的变形量级达到200m级面板堆石坝的程度，亦可以为坝工界接受，也就解决了300m级超高面板堆石坝的技术瓶颈。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在对超高面板堆石坝的安全性的担心的问题，充分发挥钢筋混凝土面板、高模量堆石料和常规堆石料的各自优点和综合优势，从技术上解决超高混凝土面板堆石坝的可行性问题，而且能明显增强坝体防渗结构的可靠性、耐久性、抗震性和安全性。
为此，本发明提供了一种局部高模量堆石面板坝，包括由均为斜面形式的上游侧坝和下游侧坝所构成的断面为梯形的坝体，其特征在于：所述上游侧坝的斜面上铺设有钢筋混凝土面板，钢筋混凝土面板的下游侧依次设置有垫层区和过渡区，过渡区的下游侧设置有上游堆石料区，上游堆石料区的下游侧设置有下游堆石料区，下游堆石料区位于下游侧坝內；
所述的上游堆石料区内设置高模量堆石区，高模量堆石区位于上游侧坝的中部偏下位置，所述的高模量堆石区的上游端面为过渡区的下游侧面，高模量堆石区的下游端面为斜坡面。
所述的钢筋混凝土面板上游下部上覆盖有上游压重区和上游铺盖区，上游压重区和上游铺盖区的顶高程高于高模量堆石区顶部10m以上。
所述的坝体中，上游侧坝的坡比为1：1.35～1.7；下游侧坝的坡比为1：1.25～1.8；上游堆石料区与下游堆石料区的分界线坡比为1：0～1.25；高模量堆石区下游端面坡比为1：0～1.25；所述的高模量堆石区的厚度h2与坝体高度H的比值为0.25～0.35；高模量堆石区以下坝体高度h1与坝体高度H的比值为0.15～0.25。
所述高模量堆石区为改性堆石料、改性砂砾石料、干贫混凝土料或碾压混凝土材料中的一种。
本发明的有益效果：本发明提供的这种局部高模量堆石面板坝，可以使得300m级超高面板堆石坝的应力、沉降以及分缝结构的变形等等安全性指标，满足现有的《混凝土面板堆石坝设计规范》（DL/T5016-2011、SL228-98）的要求，使得300m级超高面板堆石坝在技术上可行，并满足充分利用当地材料（堆石料）的经济性要求，具有良好的社会、经济和生态效益。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明的断面示意图。
附图标记说明：1、钢筋混凝土面板；2、垫层区；3、过渡区；4、上游堆石料区；5、下游堆石料区；6、高模量堆石区；7、防浪墙；8、基础固结灌浆；9、帷幕灌浆；10、上游压重区；11、上游铺盖区；12、趾板；H、高模量堆石坝的坝高；h2、高模量堆石区的厚度；h1、高模量堆石区以下坝体高度；m、上游侧坝坡边坡系数；n、下游侧坝坡边坡系数；k、上游堆石区与下游堆石区的分界线边坡系数；t、高模量堆石区下游边坡系数；X1、上游压重块石料的边坡系数；X2、上游铺盖区的边坡系数。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供一种局部高模量堆石面板坝，采用钢筋混凝土面板、高模量堆石料和常规堆石料组合成一种新型挡水建筑物，属于水电水利工程水工建筑物技术领域。如图1所示，包括由均为斜面形式的上游侧坝和下游侧坝所构成的断面为梯形的坝体，所述上游侧坝的斜面上铺设有钢筋混凝土面板1，钢筋混凝土面板1的下游侧依次设置有垫层区2和过渡区3，过渡区3的下游侧设置有上游堆石料区4，上游堆石料区4的下游侧设置有下游堆石料区5，下游堆石料区5位于下游侧坝內，坝体顶部设置有防浪墙7。
上游堆石料区4内设置高模量堆石区6，高模量堆石区6位于上游侧坝的中部偏下位置，所述的高模量堆石区6的上游端面为过渡区3的下游侧面，高模量堆石区6的下游端面为斜坡面；
坝体底部上游侧设置有趾板12，趾板12下的地面灌有帷幕灌浆9，帷幕灌浆9靠近地面的部位灌有基础固结灌浆8，所述的钢筋混凝土面板1和帷幕灌浆9之间通过趾板12连接，钢筋混凝土面板1与趾板12、基础固结灌浆8和帷幕灌浆9构成封闭的防渗结构。
高模量堆石区6的采用，可以降低坝体和钢筋混凝土面板1的变形、应力，达到200m级面板堆石坝的标准，使得300m级面板堆石坝技术可行、经济安全，使得300m级面板堆石坝可以为人们所接受。本发明中高模量堆石区6的高度、高程和范围，按照减小钢筋混凝土面板1的应力、变形为200m级面板堆石坝的量级为标准。
图1中的堆石料区坝体结构，必须验算坝体沉降、变形、应力以及面板挠度和应力、周边缝、垂直缝变位等，满足《混凝土面板堆石坝设计规范》（DL/T5016-2011、SL228-98）的规定；必须验算坝体各料区（包括低压缩固体区）的渗透稳定性。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上进一步进行说明，本实施例中，钢筋混凝土面板1上游下部和趾板12上游通过上游压重区10和上游铺盖区11填筑，上游压重区10和上游铺盖区11的顶高程高于高模量堆石区6顶部10m以上。
坝体中，上游侧坝的边坡系数m为1.35～1.7，根据工程实际确定；下游侧坝的边坡系数n为1.25～1.8，根据工程实际确定；上游堆石料区4与下游堆石料区5的分界线边坡系数k为0～1.25，根据工程实际确定；高模量堆石区6下游端面边坡系数t为0～1.25，根据工程实际确定；高模量堆石区6的厚度h2与坝体高度H的比值为0.25～0.35，根据工程实际确定；高模量堆石区6以下坝体高度h1与坝体高度H的比值为0.15～0.25，根据工程实际确定。
上游压重块石料的坡比X1与上游铺盖区的坡比X2，根据工程实际情况采用，但二者的底高程必须高于高模量堆石区顶部10m以上，并满足铺盖的允许坡降要求；上述参数必须满足《混凝土面板堆石坝设计规范》（DL/T5016-2011、SL228-98）和《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999、SL319-2005）的要求。
实施例3：
本实施例中，高模量堆石区6具体可为低压缩材料，低压缩材料具体可为改性堆石料、改性砂砾石料（胶凝砂砾石料）、干贫混凝土料或碾压混凝土材料。
图1中的高模量堆石区选用改性堆石料、改性砂砾石料（胶凝砂砾石料）、干贫混凝土料、碾压混凝土材料，采用碾压式施工方法。各种堆石料采用面板堆石坝堆石料的施工方法施工。
本实施例中，垫层区2、过渡区3、上游堆石区4、下游堆石区5、上游压重区10和上游铺盖区11具体可为堆石材料填筑。
本发明的堆石材料具体可为建筑物区开挖料、料场块石料以及料场砂砾石料。堆石料的选择须满足《混凝土面板堆石坝设计规范》（DL/T5016-2011、SL228-98）的相关要求。上述料区可以充分利用建筑物的开挖料，减少弃料和渣场的面积，减小大坝施工对环境的影响，降低工程造价，提高坝体和枢纽的经济指标，具有良好的经济、社会和环境生态效益。
综上所述，本发明提供的这种局部高模量堆石面板坝，可以使得300m级超高面板堆石坝的应力、沉降以及分缝结构的变形等等安全性指标，满足现有的《混凝土面板堆石坝设计规范》（DL/T5016-2011、SL228-98）的要求，使得300m级超高面板堆石坝在技术上可行，并满足充分利用当地材料（堆石料）的经济性要求，具有良好的社会、经济和生态效益。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种局部高模量堆石面板坝，包括由均为斜面形式的上游侧坝和下游侧坝所构成的断面为梯形的坝体，其特征在于：所述上游侧坝的斜面上铺设有钢筋混凝土面板（1），钢筋混凝土面板（1）的下游侧依次设置有垫层区（2）和过渡区（3），过渡区（3）的下游侧设置有上游堆石料区（4），上游堆石料区（4）的下游侧设置有下游堆石料区（5），下游堆石料区（5）位于下游侧坝內；
所述的上游堆石料区（4）内设置高模量堆石区（6），高模量堆石区（6）位于上游侧坝的中部偏下位置，所述的高模量堆石区（6）的上游端面为过渡区（3）的下游侧面，高模量堆石区（6）的下游端面为斜坡面。
2.如权利要求1所述的局部高模量堆石面板坝，其特征在于：所述的钢筋混凝土面板（1）上游下部上覆盖有上游压重区（10）和上游铺盖区（11），上游压重区（10）和上游铺盖区（11）的顶高程高于高模量堆石区（6）顶部10m以上。
3.如权利要求1或2所述的局部高模量堆石面板坝，其特征在于：所述的坝体中，上游侧坝的坡比为1：1.35～1.7；下游侧坝的坡比为1：1.25～1.8；上游堆石料区（4）与下游堆石料区（5）的分界线坡比为1：0～1.25；高模量堆石区（6）下游端面坡比为1：0～1.25；所述的高模量堆石区（6）的厚度h2与坝体高度H的比值为0.25～0.35；高模量堆石区（6）以下坝体高度h1与坝体高度H的比值为0.15～0.25。
4.如权利要求3所述的局部高模量堆石面板坝，其特征在于：所述高模量堆石区（6）为改性堆石料、改性砂砾石料、干贫混凝土料或碾压混凝土材料中的一种。
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